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摘要：本文根据IEEE 1584 2002 IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations, 关于电弧灾害计算，IEEE在2002年度颁布的标准。这个标准比较系统的简绍了电气配电设备短路时形成的电弧电流，入射能量的计算，以及操作人员需要佩戴的人体防护装备PPE等级要求， 本文的目的是通过一个典型的计算案例，解析本标准的内容，进而引起我国电气工程和运行人员对工作场所中用电的人身安全防范的认识。
关键词：短路电流，电弧电流，入射能量，人体安全防护装备，电弧标签，带电作业
Understanding Arc Flash Hazard Calculations
Chen Cheng
State grid of China 86 Chang An Street West District of Beijing, China
Abstract: According to IEEE 1584 2002 IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations, the paper performs the calculations in the procedure of short circuit current, arc flash current, incident energy, and arc flash boundary distance。 The paper also organizes the arc flash dangerous categories and PPE categories.
Key words: Short circuit current，Arc flash current, incident energy，Personal protection Equipment，Arc flash label
1 电弧安全概况
1.1电气危险
图1 操作人员，光手在带电情况下，引起短路，弧光电流，造成巨大的入射能量。严重时，可以造成设备和人身的危害。
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图1 带电作业事故造成的电弧
1.2电击危险
图2 操作人员，光手在带电情况下，触碰到带电导体，形成的电击伤害。严重时，电击可能引起致命的危害。
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图2 电击危害
1.3电弧的属性
电弧是指身体靠近高电压，但未接触，藉由身体的感应作为桥梁形成的跳电，它最高可产生摄氏29400度的高温，大概是太阳表面温度的四倍，引起激烈的气爆及电烧伤。
电弧发生时，巨大的能量在极短时间内释放。金属导电元件汽化导致高温蒸汽和金属急剧膨胀。空气和金属汽化物迅速和热膨胀会造成巨大声响的爆炸和巨大的压力。
电弧发生主要原因有：使用了不良性能的导电体、绝缘材料的损坏、人体或其它物体意外的接触到带电物品、设计或安装错误、没有良好的维护保养设备等。
1.4电弧对人体的危害
电弧伤，一般是指人体在没有接触电流时，由于人在有电的环境周围遭遇到电在电离空气时产生的巨大的电弧热而引起的电弧热烧伤；而其它电损伤往往更多的是由于人体直接接触到电源电流时导致的内外人体组织的破坏性伤害。电弧危险往往与其它电损伤不同，它经常是无需接触还容易被疏忽、难于避免，直接接触被点燃的衣物会造成人员严重烧伤或死亡。
1.5防电弧服装
随着工业的快速发展，出现了越来越多的电弧伤害事故，受害者在日益增多。面对这样的状况，如果现场人员穿着具有防火及热防护性能的服装，在灾难中逃生和获救的希望就会越大，遭受的伤害也就越小。因此，防电弧系列服装，有效的解决了长期困扰在电力、化工等行业的操作人员的安全问题，大大降低了电弧对操作人员的伤害概率。
防电弧服之所以能对电弧伤害有很好的防护效果，主要源于防电弧服是采用高科技的材料制成。该材料具有：耐热、阻燃、不助燃、不溶融和H级电绝缘等永久性的防火、绝缘等特点，在电弧爆炸发生时，它还会迅速的膨胀、织物碳化而使防电弧服组织密度加大并变厚，迅速低形成保护层，从而使得人体皮肤与电弧热能的接触伤害降至最低。
1.6防电弧服装分类
2 国外电弧标准
2.1 IEEE 1485-2002《弧闪危害计算执行指南》
2.1.1 弧闪安全纲要
弧闪的安全防范是通过短路电路，计算电弧电流，和入射能量等级，和PPE等级。
2.1.2 危险和风险等级
表1. 电弧危险等级
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2.1.3 PPE等级
表2. 操作人员保护装备（PPE）等级
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3 电弧计算案例
3.1 配电系统示意
一个用等值电源经13kV/0.48kV变压器，接入到一个480伏的配电柜系统作为本文的计算案例， 见图3.
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图3 配电系统
3.1.1 短路电流计算
根据以上配电系统的阻抗，配电柜端的三相短路电流经计算为20.22千安。
3.2 电弧电流计算
3.2.1 电弧电流计算
IEEE 1584 标准中，规定基于短路电流的电弧电流的计算方法是：
Ia = 10(K + 0.662B + 0.0966V + 0.000526G + 0.5588V(B) – 0.00304G(B))
其中
K = -0.097
B = log10 (20.22) = 1.3058
V = 0.48kV
G = 25 mm
Ia = 10(-0.097 + 0.662(1.3058) + 0.0966(0.48) + 0.000526(25) + 0.5588(0.48)(1.3058) – 0.00304(25)(1.3058))
Ia = 11.97kA
3.2.2 入射能量计算
低压配电柜短路时的入射能量计算如下：
E = 4.184Cf(10(K1 + K2 + 1.081C + 0.0011G))(t/0.2)(610/D)x
其中，取保护定值为，11.97kA，0.24秒，
Cf = 1.5, K1 = -0.555
K2 = -0.113, C = log (11.97) = 1.078
G = 25 mm (低压配电柜母线间隔)
t = 0.24秒
D = 455 mm （低压配电柜工作安全距离）
x = 1.641（低压配电柜工作安全距离系数）
E=4.184(1.5)(10(-0.555–0.113+1.081(1.078)+ + 0.0011(25))(0.24/0.2)(610/455)1.641
E = 40.8 J/cm2
E = (40.8 J/cm2)/(4.1868 J/cal) = 9.7 cal/cm2
3.2.3 确定操作人员装备
IE = 9.7 cal/cm2 < 25.0 cal/cm2
因此选用 3级PPE。
3.2.4 电弧边界距离计算
DB = [4.184(1.5)(10(-0.555 – 0.113 + 1.081(1.078) + 0.0011(25))(0.24/0.2)(610x/5)]1/x
DB = 1635 mm
3.2.5 电弧标签
根据以上的计算，可以形成以下标签。
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还应该说明，短路电流所积累的入射能量
和保护设备的定值有关系。
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4 结论
本文叙述了配电系统带电作业时，如果发生短路事故时，形成的弧光电流，入射能量，以及安全距离的计算方法，最终建议形成了一个电弧安全标签，这个标签一个粘贴在配电柜的合适位置上。电气人员带电作业时，应该按照标签上的内容，选择操作人员装备（PPE）。
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参考文献:
[1] IEEE Standard 1485-2002《弧闪危害计算执行指南》
IEEE 1584 2002 IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations.
[2] NFPA 70E, 2018 NFPA 70E Electrical Safety in the Workplace
作者简绍:
陈呈，国家电网有限公司 国际合作部 国际组织处
论文作者:陈呈
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：电弧论文; 电流论文; 人员论文; 能量论文; 操作论文; 入射论文; 人体论文; 《电力设备》2018年第21期论文;